(57)【要約】【課題】熱効率の向上を図ることにある。【解決手段】エチレン分解炉（生産設備）１から発生する水蒸気（余剰の熱エネルギ）Ｓを利用してタービン２、３、４を駆動し、タービン２、３、４によって得られた機械エネルギをエチレン分解炉１の周辺に配置されたコンプレッサ（周辺設備）５、６、７の駆動のために利用するエネルギ有効利用方法において、水蒸気Ｓを、Ｃ重油（燃料）を熱源とする熱エネルギ利用設備１１に供給し、コンプレッサ５、６、７をタービン２、３、４に代えて電動モータ１６、１７、１８で駆動し、電動モータ１６、１７、１８に供給すべき電力を、Ｃ重油（燃料）を熱源に用いて発電する発電設備１９、２４から得ることを特徴としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生産設備から発生する余剰の熱エネルギを利用してタービンを駆動し、当該タービンによって得られた機械エネルギを上記生産設備の周辺に配置された周辺設備の駆動のために利用するエネルギ有効利用方法において、
上記余剰の熱エネルギを、燃料を熱源とする熱エネルギ利用設備に供給し、
上記周辺設備を上記タービンに代えて電動モータで駆動し、
上記電動モータに供給すべき電力を、燃料を熱源に用いて発電する発電設備から得ることを特徴とするコンビナートのエネルギ有効利用方法。
【請求項２】
上記生産設備は、エチレンプラントに設置されたエチレン分解炉であり、
上記余剰の熱エネルギは、上記エチレン分解炉で発生した高温高圧の水蒸気であり、
上記熱エネルギ利用設備は、上記エチレンプラントの近隣に存在する他のプラントに設置され、上記燃料を熱源にして得られた高温高圧の水蒸気を利用する設備であることを特徴とする請求項１に記載のコンビナートのエネルギ有効利用方法。
【請求項３】
上記発電設備は、上記電動モータに電力を供給するために新設された発電設備であることを特徴とする請求項１又は２に記載のコンビナートのエネルギ有効利用方法。
【請求項４】
上記発電設備は、上記エチレンプラントの近隣に既設されている発電設備であることを特徴とする請求項２に記載のコンビナートのエネルギ有効利用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生産設備において発生する余剰の熱エネルギを有効に利用するためのコンビナートのエネルギ有効利用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のコンビナートのエネルギ有効利用方法としては、例えば図３に示す装置によって実施されるものが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
即ち、コンビナートのエネルギ有効利用方法は、エチレンプラントにおいては、エチレン分解炉（生産設備）１から発生する高温高圧の水蒸気（余剰の熱エネルギ）Ｓを利用して第１〜第３の各タービン２、３、４を駆動し、これらのタービン２、３、４によって得られた機械エネルギを、エチレン分解炉１の周辺に設置された周辺設備としての分解ガス圧縮コンプレッサ５、エチレンコンプレッサ６、プロピレンコンプレッサ７の駆動のために有効に利用するようになっている。
【０００４】
水蒸気Ｓは、エチレン分解炉１から配管ライン１４を介して各第１〜第３の各タービン２、３、４に供給されるようになっている。
第１〜第３の各タービン２、３、４は、復水式や抽気復水式の蒸気タービンによって構成されている。
【０００５】
これらの各タービン２、３、４から排出される水蒸気Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃは、熱エネルギが十分に残っていたとしても、他に使い道がないことからそのまま各復水器８、９、１０に供給され復水されてから放出されることになる。従って、復水となる際に、多くの熱エネルギが冷却水に放出される。
【０００６】
このため、第１〜第３の各タービン２、３、４に供給される熱エネルギの約６０％程度が無駄に排出されているのが実情であり、熱効率が悪いという欠点があった。
【特許文献１】特表２００３−５２１４５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明者は、熱効率の向上を図るべく鋭意研究を重ねた結果、エチレン分解炉１で発生した余剰の熱エネルギを、当該熱エネルギをそのまま有効に利用し得る他のプラントに供給し、自らのエチレンプラントにおいては、第１〜第３のタービン２、３、４に代えて第１〜第３の電動モータを用い、各電動モータに新設又は既設の発電設備から電力を供給することにより、複数のプラントを含めた所定の地域におけるコンビナートの熱効率の向上を図ることが可能であるとの知見を得た。
【０００８】
なお、上記他のプラントとしては、図３に示すように、例えばＣ重油（燃料）を熱源として利用する熱エネルギ利用設備１１を備えたものがある。
【０００９】
この熱エネルギ利用設備１１は、Ｃ重油を用いて高温高圧の水蒸気Ｓ１を発生させる第１〜第３の各ボイラＢ１、Ｂ２、Ｂ３と、各ボイラＢ１、Ｂ２、Ｂ３で発生した高温高圧の水蒸気Ｓ１を用いて駆動される抽気背圧蒸気タービン１２と、この抽気背圧蒸気タービン１２によって駆動される発電機１３とを複数備えた構成になっている。また、図３において１５は、各ボイラＢ１、Ｂ２、Ｂ３で発生した高温高圧の水蒸気Ｓ１を抽気背圧蒸気タービン１２に供給するための配管ラインである。
【００１０】
上記水蒸気Ｓ１は、熱エネルギ利用設備１１において発電のために有効に利用されると共に、抽気背圧蒸気タービン１２から抽気される例えば約３０ｋｇ／ｃｍ2 の高圧水蒸気ＨＳが高負荷の動力用等として使用され、また例えば約１０ｋｇ／ｃｍ2 の中圧水蒸気ＭＳが中負荷の動力用等として使用され、更に例えば約１ｋｇ／ｃｍ2 の低圧水蒸気ＬＳがヒーティング用等として使用され、また抽気背圧蒸気タービン１２を介さずにそのまま使用される等々により、有効に利用されようになっている。
【００１１】
本発明は、上述した知見に基づいてなされたものであり、熱効率の向上を図ることのできるコンビナートのエネルギ有効利用方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に記載の発明のコンビナートのエネルギ有効利用方法は、生産設備から発生する余剰の熱エネルギを利用してタービンを駆動し、当該タービンによって得られた機械エネルギを上記生産設備の周辺に配置された周辺設備の駆動のために利用するエネルギ有効利用方法において、上記余剰の熱エネルギを、燃料を熱源とする熱エネルギ利用設備に供給し、上記周辺設備を上記タービンに代えて電動モータで駆動し、上記電動モータに供給すべき電力を、燃料を熱源に用いて発電する発電設備から得ることを特徴としている。
【００１３】
請求項２に記載の発明のコンビナートのエネルギ有効利用方法は、請求項１に記載の発明において、上記生産設備は、エチレンプラントに設置されたエチレン分解炉であり、上記余剰の熱エネルギは、上記エチレン分解炉で発生した高温高圧の水蒸気であり、上記熱エネルギ利用設備は、上記エチレンプラントの近隣に存在する他のプラントに設置され、上記燃料を熱源にして得られた高温高圧の水蒸気を利用する設備であることを特徴としている。
【００１４】
請求項３に記載の発明のコンビナートのエネルギ有効利用方法は、請求項１又は２に記載の発明において、上記発電設備は、上記電動モータに電力を供給するために新設された発電設備であることを特徴としている。
【００１５】
請求項４に記載の発明のコンビナートのエネルギ有効利用方法は、請求項２に記載の発明において、上記発電設備は、上記エチレンプラントの近隣に既設されている発電設備であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１〜４に記載の発明によれば、生産設備で発生する余剰の熱エネルギを熱エネルギ利用設備に供給することによって、当該熱エネルギ利用設備の熱エネルギをそのまま確保することができる。
【００１７】
このため、熱エネルギ利用設備において、当該熱エネルギ利用設備に供給された余剰の熱エネルギの熱量に相当する量の燃料を削除することができる。
【００１８】
また、燃料を熱源として発電する熱電併給方式で発電設備の熱効率は、この発電の際に生じた余剰の熱エネルギを上述した熱エネルギ利用設備に供給することによって、発電部分としては９０％以上を確保することができる。
【００１９】
また、電動モータにおける電気エネルギを機械エネルギに変換する効率は、９０％以上である。
【００２０】
このため、燃料を熱源に用いて発電し、その発電した電力を電動モータに供給して周辺設備を駆動する際の熱効率は、８１％（９０％×９０％＝８１％）以上となる。
【００２１】
一方、上記余剰の熱エネルギをそのまま用い、タービンによって周辺設備を駆動する従来の場合は、タービン出力変換のための熱効率が４０％以下である。
【００２２】
従って、４１％（８１％−４０％＝４１％）以上の熱効率の向上を図ることができる。
【００２３】
請求項２に記載の発明によれば、エチレンプラントのエチレン分解炉から発生する余剰の熱エネルギとしての高温高圧の水蒸気を他のプラントの熱エネルギ利用設備に供給し、これによって熱エネルギ利用設備で余剰となった燃料の４９％（４０％／０．８１＝約４９％）以下の燃料を利用して周辺設備を駆動することができる。
【００２４】
また、エチレンプラントで発生したエチレンオフガスを上述した燃料に用いることにより、エネルギの利用効率を更に高めることができる。
【００２５】
請求項３に記載の発明によれば、新設された発電設備を用いているので、電動モータに対して余剰になった電力を販売することにより収益の向上を図ることができる。
【００２６】
請求項４に記載の発明によれば、既設の発電設備を用いているので、設備投資の費用を最小限に抑えた上で、熱効率の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
（第１の実施の形態）
本発明を実施するための最良の形態としての第１の実施の形態について図１を参照しながら説明する。但し、従来例で示した構成要素と共通する要素には同一の符号を付し、その説明を簡略化する。
【００２８】
この第１の実施の形態で示すコンビナートのエネルギ有効利用方法を実施する設備は、図１に示すように、エチレンプラントにおける配管ライン１４を、当該エチレンプラントに隣接する（あるいは近隣の）他のプラントにおける配管ライン１５に連結配管３２を介して接続するように構成されている。
【００２９】
配管ライン１４は、従来例で示した第１〜第３のタービン２、３、４と完全に断絶された状態になっており、エチレンプラントにおけるエチレン分解炉（生産設備）１で発生した余剰の熱エネルギとしての約５００℃、約１２５ｋｇ／ｃｍ2 の高温高圧の水蒸気Ｓを連結配管３２を介して熱エネルギ利用設備１１の配管ライン１５に供給するようになっている。
【００３０】
また、配管ライン１５は、各ボイラＢ１、Ｂ２、Ｂ３で発生した約５００℃、約１２５ｋｇ／ｃｍ2 の高温高圧の水蒸気Ｓ１を上述した配管ライン１４から送られてくる水蒸気Ｓと共に抽気背圧蒸気タービン１２に供給するようになっている。
【００３１】
ただし、この実施の形態では、ボイラＢ２、Ｂ３から供給される水蒸気Ｓ１以上の熱量に相当する水蒸気Ｓがエチレンプラントから熱エネルギ利用設備１１に供給されるようになっていることから、当該ボイラＢ２、Ｂ３は休止状態になっている。また、これらのボイラＢ２、Ｂ３は解体して排除してしまうことも可能である。
【００３２】
また、エチレンプラントにおける分解ガス圧縮コンプレッサ５、エチレンコンプレッサ６、プロピレンコンプレッサ７は、ぞれぞれ従来例で示した第１〜第３の各タービン２、３、４に代えて、第１〜第３の各電動モータ１６、１７、１８によって駆動されるようになっている。
【００３３】
第１〜第３の各電動モータ１６、１７、１８は、可変速型のもので構成されており、各コンプレッサ５、６、７におけるスタートアップ時等における速度変動に対して対応可能になっている。
【００３４】
更に、エチレンプラントには、上記各電動モータ１６、１７、１８に電力を供給する発電設備１９が設置されている。
【００３５】
発電設備１９は、上述した第１〜第３の各タービン２、３、４に代えて、可変速型の各電動モータ１６、１７、１８を設置したことに伴ってエチレンプラントに新設されたものであり、発電機２０と、この発電機２０を駆動するガスタービン２１と、このガスタービン２１の排気を利用しＣ重油（燃料）で高温高圧の水蒸気Ｓ３を得る排気再燃焼ボイラ２２とを備えたコージェネレーションシステム型のもので構成されている。
【００３６】
排気再燃焼ボイラ２２で生じる水蒸気Ｓ３も、約５００℃、約１２５ｋｇ／ｃｍ2 の高温高圧に設定され、配管ライン１４及び連結配管３２を介して熱エネルギ利用設備１１の配管ライン１５に供給されることになる。
【００３７】
発電機２０は、その発電した電力の一部を上記各電動モータ１６、１７、１８に供給すべく、配線２３ａを介して当該各電動モータ１６、１７、１８に接続され、その他の電力が配線２３ｂを介して電力会社又は隣接する他のプラント等に接続され販売されるようになっている。
【００３８】
次に、コンビナートのエネルギ有効利用方法を説明する。
このコンビナートのエネルギ有効利用方法は、エチレン分解炉１で発生した余剰の熱エネルギとしての水蒸気Ｓを、他のプラントにおけるＣ重油（燃料）を熱源とする熱エネルギ利用設備１１に供給し、各コンプレッサ５、６、７を従来の各タービン２、３、４に代えて可変速型の各電動モータ１６、１７、１８で駆動し、当該各電動モータ１６、１７、１８に供給する電力をエチレンプラントに新設したＡ重油又は燃料ガス（副生ガス、天然ガス等）を用いて発電する発電設備１９から得ることを特徴としている。また、発電設備１９で発生した水蒸気Ｓ３についても熱エネルギ利用設備１１に供給している。
【００３９】
上記のように構成されたコンビナートのエネルギ有効利用装置及び方法においては、エチレン分解炉１で発生する余剰の熱エネルギとしての水蒸気Ｓ及び発電設備１９で発生した水蒸気Ｓ３を他のプラントにおける熱エネルギ利用設備１１に供給することによって、当該熱エネルギ利用設備１１の熱エネルギをそのまま確保することができる。
【００４０】
このため、他のプラントにおいて、熱エネルギ利用設備１１に供給された水蒸気Ｓ、Ｓ３の熱量に相当する量のＣ重油が不要になる。
【００４１】
また、Ａ重油又は燃料ガスを熱源として発電する発電設備１９の熱効率は、この発電によって生じた余剰の熱エネルギとしての水蒸気Ｓ３を上記熱エネルギ利用設備１１に供給することにより、８０％以上を得ることができる。
【００４２】
即ち、Ｃ重油による高温の燃焼ガスのエネルギをガスタービン２１で発電に利用することができ、このガスタービン２１の排熱を利用して水蒸気Ｓ３を得ることができるので、発電用部分は９０％以上の熱効率を得ることができる。
【００４３】
また、各電動モータ１６、１７、１８における電気エネルギを機械エネルギに変換する効率は、９０％以上である。
【００４４】
このため、Ａ重油又は燃料ガスを熱源として発電し、その発電した電力を利用して各コンプレッサ５、６、７を駆動する際の熱効率としては、８１％以上を確保することができる。
【００４５】
一方、余剰の熱エネルギとしての水蒸気Ｓをそのまま用いて各タービン２、３、４を介して各コンプレッサ５、６、７を駆動する従来の方法による熱効率は、４０％以下である。
【００４６】
従って、エチレンプラントと上記他のプラントとを含めたコンビナート全体においては、余剰の熱エネルギである水蒸気Ｓの熱量に相当する量の燃料の５１％（１００％−４０％／０．８１＝約５１％）以上を低減することができる。即ち、５１％以上の熱効率の改善を図ることができる。
【００４７】
また、換言すれば、水蒸気Ｓを熱エネルギ利用設備１１に供給することによって当該熱エネルギ利用設備１１で余剰となった燃料の４９％（４０％／０．８１＝約４９％）以下でコンプレッサ５、６、７を駆動することができるといえる。
【００４８】
更に、上記熱エネルギ利用設備１１で余剰となったＣ重油相当熱エネルギの１００％を利用して発電設備１９で発電することにより、余剰になる５１％以上のＣ重油相当熱量によって発電した電力を電力会社等に販売することができる。従って、発電設備１９の新設に要した資金の回収を図る上で有効である。
【００４９】
また、エチレンプラントで発生したエチレンオフガスを上述したＣ重油に代わる燃料として用いることにより、エネルギの利用効率を更に向上させることができる。
【００５０】
｛発明を実施するための異なる形態｝
（第２の実施の形態）
【００５１】
次に、本発明を実施するための異なる形態としての第２の実施の形態について図２を参照しながら説明する。
【００５２】
この第２の実施の形態で示すコンビナートのエネルギ有効利用装置及び方法が第１の実施の形態と異なる点は、新設する発電設備１９に代えて、上記エチレンプラントや上記他のプラントに近接した（あるいは近隣の）場所に既設されている発電設備２４から各電動モータ１６、１７、１８に電力を供給するように構成している点である。
【００５３】
上記発電設備２４は、天然ガスコンバインド発電システムによって構成されたものであり、発電機２５と、この発電機２５を駆動するガスタービン２６と、このガスタービン２６の排気を利用すると共に燃料で高温高圧の水蒸気Ｓ４を得る排気再燃焼ボイラ２７と、この排気再燃焼ボイラ２７で生じた水蒸気Ｓ４で駆動される復水式蒸気タービン２８と、この復水式蒸気タービン２８で駆動される発電機２９と、復水式蒸気タービン２８から排出される水蒸気を復水する復水器３０とを備えた構成になっている。
【００５４】
発電機２５、２９で発電された電力は、配線３１に出力され、その一部が配線３１ａを介して、各電動モータ１６、１７、１８に供給され、その他が配線３１ｂを介して、他のプラント等に供給されるようになっている。
【００５５】
上記のように構成されたコンビナートのエネルギ有効利用装置及び方法によれば、既設の発電設備２４を用いているので、設備投資の費用を最小限に抑えた上で、熱効率の向上を図ることができる。
【００５６】
この場合、水蒸気Ｓを熱エネルギ利用設備１１に供給することによって余剰となった燃料の熱エネルギ相当の天然ガスが発電設備２４に送られ、ガスタービン２６と復水式蒸気タービン２８でのコンバインドサイクルで発電が行われる。また、発電設備２４の排気再燃焼ボイラ２７で得られた水蒸気Ｓ４の一部は熱エネルギ利用設備１１に供給される。
【００５７】
従って、この第２の実施の形態は第１の実施の形態と比較し、技術的には発電設備２４が復水式蒸気タービン２８を使用している点が異なるのみである。この復水式蒸気タービン２８の使用によって第１の実施の形態の発電設備１９より熱効率が若干低下するが、それでも従来例に比べて十分高い熱効率を確保することができる。
【００５８】
なお、上記各実施の形態においては、余剰の熱エネルギを発する生産設備としてエチレン分解炉１を示したが、この余剰の熱エネルギを発する生産設備としては、エチレン分解炉１の他に、アンモニア合成塔などがある。このアンモニア合成塔においても、余剰の熱エネルギとして高温高圧の水蒸気を発生することになる。
【００５９】
また、燃料としてＣ重油を用いた例を示したが、このＣ重油に代えて他の液体や気体の燃料あるいはエチレンオフガス等を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１の実施の形態としてのコンビナートのエネルギ有効利用方法を実施する装置を示した概略構成図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態としてのコンビナートのエネルギ有効利用方法を実施する装置を示した概略構成図である。
【図３】従来例として示したエチレンプラントのエネルギ有効利用方法を実施する装置を示した概略構成図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  エチレン分解炉（生産設備）
２  第１のタービン（タービン）
３  第２のタービン（タービン）
４  第３のタービン（タービン）
５  分解ガス圧縮コンプレッサ（周辺設備）
６  エチレンコンプレッサ（周辺設備）
７  プロピレンコンプレッサ（周辺設備）
１１  熱エネルギ利用設備
１６  第１の電動モータ（電動モータ）
１７  第２の電動モータ（電動モータ）
１８  第３の電動モータ（電動モータ）
１９、２４  発電設備
【図１】
2005147004.tif 000003
【図２】
2005147004.tif 000004
【図３】
2005147004.tif 000005